DE2738874C3 - Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft, bei dem ein während der Nacht mit Feuchtigkeit aus der kühlen, feuchten Nachtluft beladener hygroskopischer Stoff am Tag diese Feuchtigkeit an einen Luftstrom wieder abgibt, der am Tag in einen Kreislauf geführt zunächst mittels Sonnenenergie erwärmt wird, dann den hygroskopischen Stoff zur Aufnahme von Feuchtigkeit durchströmt und anschließend mittels des nachts gespeicherter Kälte zur Kondensation der Feuchtigkeit abgekühlt wird.

Bei einem derartigen, aus DE-PS 6 63 920 bekannten Verfahren wird der hygroskopische Stoff der Nachtluft lediglich ausgesetzt um diesen mit Feuchtigkeit zu beladen. Eine derartige Beladung ist aber vergleichsweise ineffektiv. Die Erwärmung der Luft am Tag zusammen mit den hygroskopischen Stoff erfolgt in einem Schritt nur durch die in den Raum einfallenden

ίο Sonnenstrahlen, in dem der hygroskopische Stoff ausliegt so daß die Temperaturerhöhung der Luft einerseits und die in der Luft abtransportierte Wasserdampfmenge andererseits vergleichsweise gering ist Die Kühlung des feuchten Luftstroms am Tag durch Luft im Schatten bzw. durch gespeicherte Nachtkälte ist zwar einfach durchzuführen, jedoch nicht sehr wirkungsvoll. Somit läßt sich nach dem bekannten Verfahren nur eine vergleichsweise geringe Wasserausbeute erzielen.

Im übrigen kann dieses Verfahren nur dann befriedigend funktionieren, wenn die Temperaturunterschiede zwischen Sonnenseite und Schatten entsprechend groß sind. Große Temperaturunterschiede treten aber nur an wenigen Stellen der Erde auf, so daß die Anwendung dieses Verfahrens naturgemäß beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher, die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit dem bei geringem Energieverbrauch eine bessere Ausnutzung der klimatischen Bedingungen am Ort der Durchführung des Verfahrens ermöglicht wird, so daß eine vergleichsweise hohe Wasserausbeute erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nachts ein Strom kühler, feuchter Nachtluft in zwei Teilströme zerlegt wird, von denen der eine den hygroskopischen Stoff, der in Teilmengen aufgeteilt ist, die nachts parallel geschaltet sind, durchströmt um Feuchtigkeit an den hygroskopischen Stoff abzugeben, und von denen der andere durch einen zugleich als Kondensator dienenden Kältespeicher geleitet wird, um ihn abzukühlen, daß am Tag dem zirkulierenden Luftstrom vor jedem Eintritt in eine der Teilmengen des hygroskopischen Stoffes, die am Tag in Reihe geschaltet sind, in Sonnenkollektoren umgesetzte Wärme zugeführt wird, daß zur Kondensation der Feuchtigkeit der zirkulierende Luftstrom durch den Kältespeicher-Kondensator geleitet wird, an dessen Wände sich die Feuchtigkeit dabei niederschlägt und daß die Teilströme und der zirkulierende Luftstrom den hygroskopischen Stoff sowie den Kältespeicher-Kondensator zwangsweise durchströmen.

Dadurch, daß der hygroskopische Stoff in der Nacht von der Nachtluft zwangsweise durchströmt wird, kann in der gleichen Zeitspanne mehr Feuchtigkeit von der gleichen Menge des hygroskopischen Stoffs aufgenommen werden, als wenn er der Nachtluft nur ausgesetzt ist. Insbesondere die in Parallelschaltung von der Nachtluft durchströmten kleineren Teilmengen des hygroskopischen Stoffs beschleunigen und intensivieren die Feuchtigkeitsaufnahme in der Nacht. Die am Tag stattfindende Kühlung des feuchten Luftstroms wird durch die beim zwangsweisen Durchströmen des Kältespeicher-Kondensators gespeicherte Nachtkälte besonders wirkungsvoll. Die am Tag durch die in Reihe geschalteten Teilmengen des hygroskopischen Stoffs und den Kältespeicher-Kondensator zirkulierende Luft wird vor dem Eintritt in die erste Teilmenge und zwischen jeweils zwei Teilmengen mittels Sonnenkol-

lektoren aufgeheizt wodurch die relative Feuchte der Luft jedesmal abgesenkt wird, so daß die Luft bis zur letzten Teilmenge aufnahmefähig bleibt und erst gesättigt wird, nachdem sie die letzte Teilmenge durchströmt hat

Durch diese Aufheizung der Luft mittels Sonnenkollektoren, die eine Temperaturerhöhung bis weit über die Umgebungstemperatur der Taglutt ermöglicht kann eine größere Wasserausbeute erzielt werden. Es ergibt sich somit bei geringem Energieverbrauch eine bessere Ausnutzung der klimatischen Bedingungen am Ort der Durchführung des Verfahrens.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der hygroskopische Stoff in Adsorberbetten untergebracht ist die nachts parallel und tagsüber abwechselnd mit Sonnenkollektoren oder Wärmetauschern, die mit den Sonnenkollektoren verbunden sind, in Reihe geschaltet sind, daß ein zur Aufnahme der nächtlichen Kälte und Abkühlung des zirkulierenden Luftstromes dienender Kältespeicher-Kondensator angeordnet ist und daß zum Fördern der beiden Teilströme nachts und des zirkulierenden Luftstromes tagsüber durch die Anlage Ventilatoren vorgesehen sind.

Der Kältespeicher-Kondensator ist vorteilhafterweise in mehrere Aggregate unterteilt, die in Reihe geschaltet sind.

Der Kältespeicher-Kondensator enthält vorzugsweise Speichermedien, deren Schmelztemperaturen jeweils höher sind als die Temperatur der Nachtluft, wobei ;o Medien unterschiedlicher Schmelzpunkte verwendet werden können, wenn die Nachttemperaturen ins Laufe des Jahres schwanken.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels einer Anlage unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Anlage in schematischer Darstellung während der Adsorptionsphase und

F i g. 2 die Anlage gemäß F i g. 1 in schematischer Darstellung während der Desorptionsphase.

Die Anlage besteht aus einem Ventilator 1, mehreren Sonnenkollektoren 2, mehreren Adsorberbetten 3, die mit einem wasseradsorbierenden Mittel gefüllt sind, einem oder mehreren in Reihe geschalteten, regenerativen Kältespeicher-Kondensatoren 4, die mit geeigneten Speichermedien gefüllt sind, und einem weiteren Ventilators.

Während der Adsorptionsphase (Fig. 1) saugt der Ventilator ί einen mit Wasserdampf beladenen Luftstrom 6 aus der kühlen Nachtluft an. Der Luftstrom 6 wird in zwei Teilströme 6a und 6b aufgeteilt, von denen der Teilstrom 6a zu den während der Adsorptionsphase parallel oder in Reihe geschalteten Adsorberbetten 3 geführt wird. Der Teilstrom 6a durchströmt die Adsorberbetten 3, wobei das in den Adsorberbetten 3 enthaltene wasseradsorbierende Mittel mit dem in dem Teilstrom 6a enthaltenen Wasserdampf beladen wird Der zweite Teilstrom 6b wird vom Ventilator 1 durch die in Reihe geschalteten Kältespeicher-Kondensatoren 4 gefördert, wobei sich die in den Kältespeicher-Kondensatoren 4 enthaltenen Speichermedien abkühlen und verfestigen. Nachdem der Teilstrom 6b die Kältespeicher-Kondensatoren 4 durchströmt hat wird er vom Ventilator 5 ins Freie gefördert Die Strömungsrichtung der beiden Teilströme 6a und 6b ist durch Pfeile 12 gezeigt Auch der Teilstrom 6a tritt ins Freie, nachdem er die Adsorberbetten 3 durchströmt hat

Tagsüber wird die Anlage zur Desorption des in dem wasseradsorbierenden Mittel gebundenen Wassers betrieben (Fig.2). Der Ventilator 1 bewirkt einen Luftstrom 7, der in der Anlage zirkuliert Die Strömungsrichtung des in der Anlage zirkulierenden Luftstromes 7 ist durch Pfeile 11 gezeigt

Nachdem der Luftstrom 7 den Ventilator 1 verlassen hat durchströmt er den ersten der Sonnenkollektoren 2, die Sonnenenergie in Wärme umsetzen und dem Luftstrom 7 zuführen. Der aufgeheizte Luftstrom 7 durchströmt nun abwechselnd die Adsorberbetten 3 und die weiteren Sonnenkollektoren 2, die mit den Adsorberbetten 3 in Reihe geschaltet sind, wobei der Luftstrom 7 dem wasseradsorbierenden Mittel das an diesem gebundene Wasser entzieht und von den zwischen die Adsorbarbetten 3 geschalteten Sonnenkollektoren 2 wieder aufgeheizt wird. Nach Verlassen des letzten Adsorberbettes 3 wird der mit Wasserdampf angereicherte und aufgeheizte Luftstrom 7 vom Ventilator 5 durch die in Reihe geschalteten regenerativen Kältespeicher-Kondensatoren 4 gefördert, wobei die in den Kältespeicher-Kondensatoren 4 enthaltenen Speichermedien erwärmt und verflüssigt werden und der in dem Luftstrom 7 enthaltene Wasserdampf an den Wärmetauscheroberflächen der Kältespeicher-Kondensatoren 4 kondensiert Das an den Wärmetauscheroberflächen der Kältespeicher-Kondensatoren 4 niedergeschlagene Wasser wird gesammelt und in Richtung des Pfeiles 8 abgeführt Nachdem der Luftstrom 7 den letzten Kältespeicher-Kondensator 4 durchströmt hat, tritt er wieder in den Ventilator 1 ein, und der Kreislauf beginnt von neuem. Durch die fortwährende Zirkulation des Luftstromes 7 in der Anlage wird nahezu das gesamte an dem wasseradsorbierenden Mittel gebundene Wasser dem wasseradsorbierenden Mittel entzogen und in die Kältespeicher-Kondensatoren 4 befördert.

Die Anzahl der Adsorberbetten, der Sonnenkollektoren und der regenerativen Kältespeicher-Kondensatoren ist von den atmosphärischen und klimatischen Bedingungen am Einsatzort der Anlage und von dem verwendeten Adsorptionsmittel abhängig. Als Adsorptionsmittel eignet sich z. B. Silikagel.

Die Stärke des während der Desorptionsphase in der Anlage zirkulierenden Luftstroms 7 und die Stärke des während der Adsorptions- und Abkühlphase die Anlage durchströmenden Luftstroms 6 können durch die Ventilatoren 1 und 5 eingestellt werden.

Die Anlage kann mit Luftfiltern ausgerüstet sein, die einen Eintritt von Staub in die Anlage verhindern. Ferner kann die Anlage Wannen aufweisen, in denen das in den Kältespeicher-Kondensatoren 4 gebildete Kondenswasser gesammelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus atmosphärischer Luft bei dem ein während der Nacht mit Feuchtigkeit aus der kühlen, feuchten Nachtluft beladener hygroskopischer Stoff am Tag diese Feuchtigkeit an einen Luftstrom wieder abgibt, der am Tag in einem Kreislauf geführt, zunächst mittels Sonnenenergie erwärmt wird, dann den hygroskopischen Stoff zur Aufnahme von Feuchtigkeit durchströmt und anschließend mittels des nachts gespeicherter Kälte zur Kondensation der Feuchtigkeit abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nachts ein Strom kühler, feuchter Nachtluft in zwei Teilströme (6a, 6b) zerlegt wird, von denen der eine (6a) den hygroskopischen Stoff, der in Teilmengen aufgeteilt ist, die nachts parallel geschaltet sind, durchströmt um Feuchtigkeit an den hygroskopischen Stoff abzugeben, und von denen der andere (6b) durch einen zugleich als Kondensator dienenden Kältespeicher (4) geleitet wird, um ihn abzukühlen, daß am Tag dem zirkulierenden Luftstrom (7) vor jedem Eintritt in eine der Teilmengen des hygroskopischen Stoffes, die am Tag in Reihe geschaltet sind, in Sonnenkollektoren (2) umgesetzte Wärme zugeführt wird, daß zur Kondensation der Feuchtigkeit der zirkulierende Luftstrom (7) durch den Kältespeicher-Kondensator (4) geleitet wird, an dessen Wände sich die Feuchtigkeit dabei niederschlägt und daß die Teilströme (6a, 6b) und der zirkulierende Luftstrom (7) den hygroskopischen Stoff sowie den Kältespeicher-Kondensator (4) zwangsweise durchströmen.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der hygroskopische Stoff in Adsorberbetten (3) untergebracht ist, die nachts parallel und tagsüber abwechselnd mit Sonnenkollektoren (2) oder Wärmetauschern, die mit den Sonnenkollektoren (2) verbunden sind, in Reihe geschaltet sind, daß ein zur Aufnahme der nächtlichen Kälte und Abkühlung des zirkulierenden Luftstromes (7) dienender Kältespeicher-Kondensator (4) angeordnet ist und daß zum Fördern der beiden Teilströme (6a, 6b) nachts und des zirkulierenden Luftstromes (7) tagsüber durch die Anlage Ventilatoren (1,5) vorgesehen sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältespeicher-Kondensator (4) in mehrere Aggregate unterteilt ist, die in Reihe geschaltet sind.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältespeicher-Kondensator (4) Speichermedien enthält, deren Schmelztemperaturen jeweils höher sind als die Temperatur der Nachtluft.